JP2014127794A - 振動発生装置およびスピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】ピエゾ素子、超磁歪素子等によって発生する振動を効率よく且つ安定して振動板に伝達する。
【解決手段】駆動信号に応じて伸縮する振動素子と、振動素子の少なくとも一方の側と振動板との間に介在され、振動素子の少なくとも一方の側と振動板とそれぞれ点接触する振動伝達体と、振動素子の伸び方向および縮み方向の一方の方向に圧力をかける予圧部とを有する振動発生装置である。かかる振動発生装置が振動板の少なくとも一面に設けられてスピーカが構成される。
【選択図】図１

Description

本開示は、例えば建築資材としてのタイルを振動板として使用するスピーカを実現するのに適用される振動発生装置およびスピーカに関する。

タイルを振動板としてスピーカを構成することによって、壁、天井、床等の一部にスピーカを組み込むことが可能となる。オーディオ信号に対応する振動を振動発生装置によって発生し、振動をタイルに伝達することによって、オーディオ再生が可能となる。振動発生装置に使用される振動素子としては、ピエゾ素子が使用できる。

例えば特許文献１には、照明装置の中に振動発生装置を収納し、振動発生装置の振動を振動伝達部材を介してカバーに伝達し、カバーから音響を再生することが記載されている。振動伝達部材は、円柱状のもので、その一端面がカバーと密着されている。さらに、特許文献２には、オーディオ信号に対応して振動するアクチュエータを本体内に備え、アクチュエータの振動を振動伝達部に伝達し、振動伝達部を机に押しつけることによって、机が振動し、机が振動板として機能し、音響を再生することが記載されている。

特開２００６−１４０８５８号公報 特開２０００−３１２３９４号公報

上述した特許文献１に記載のものは、振動伝達部材の端面とカバーとが面接触するようになされている。接触面には、微少な凹凸が存在するので、振動素子の振動が充分に振動板に伝達せず、一部が熱となる。したがって、振動への変換効率が良くない問題があった。特許文献２に記載のものでは、振動伝達部が半球状とされているが、机に対する振動伝達部の押圧力は、人の手の押圧力に依存しているために、安定して振動を机に伝達することが難しい問題があった。

したがって、本開示の目的は、振動素子の振動を振動板に効率よく伝達でき、振動を安定に伝達することができる振動発生装置およびスピーカを提供することにある。

上述の課題を解決するために、本開示は、駆動信号に応じて伸縮する振動素子と、
振動素子の少なくとも一方の側と振動板との間に介在され、振動素子の少なくとも一方の側と振動板とそれぞれ点接触する振動伝達体と、
振動素子の伸び方向および縮み方向の一方の方向に予め圧力をかける予圧部と
を有する
振動発生装置である。
本開示は、振動板の少なくとも一面に対して振動発生装置が設けられ、
振動発生装置は、
駆動信号に応じて伸縮する振動素子と、
振動素子の少なくとも一方の側と振動板の一面との間に介在され、振動素子の少なくとも一方の側と振動板の一面とそれぞれ点接触する振動伝達体と、
振動素子の伸び方向および縮み方向の一方の方向に圧力をかける予圧部と
を有するスピーカである。

本開示によれば、振動素子の振動が効率的に振動板の振動に変換され、振動素子の振動を充分に振動板へ伝達することが可能となる。さらに、予圧部を設けているので、振動伝達体が振動板を押圧する力を設定したものとすることができ、安定に音響を再生することができる。

図１は、本開示の振動発生装置の第１の実施の形態を使用するスピーカの概略図である。 図２は、本開示の振動発生装置の第２の実施の形態を使用するスピーカの斜視図である。 図３Ａおよび図３Ｂは、第２の実施の形態を使用するスピーカの断面図である。

以下に説明する実施の形態は、本開示の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本開示の範囲は、以下の説明において、特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
以下の説明は、下記の順序にしたがってなされる。
＜１．本開示の第１の実施の形態＞
＜２．本開示の第２の実施の形態＞
＜３．変形例＞

＜１．本開示の第１の実施の形態＞
本開示の一実施の形態に係る振動発生装置によって構成されるスピーカ装置の第１の実施の形態について説明する。図１は、スピーカ装置の概略的構成を示す。図１に示すように、互いに平行して２枚の振動板１ａおよび１ｂが対向する。振動板１ａは、一例として、セラミックスからなるタイルであり、振動板１ｂは、一例として、鉄製のものである。振動板１ａ、１ｂの材質が同じであっても良い。さらに、振動板１ａ、１ｂとして、合成樹脂（アクリル等）、ガラス等を使用できる。このように、振動板１ａおよび振動板１ｂの材料、重量、大きさ等の特性には制限が無く、金属、樹脂、木材等の如何なる物でも使用することが可能である。

振動板１ａおよび１ｂの対向空間に振動発生装置が配置される。振動発生装置は、振動素子２と、振動伝達体３ａおよび３ｂと、予圧部４ａおよび４ｂとから構成されている。振動素子２は、一例として、積層型のピエゾ素子が使用される。積層型のピエゾ素子は、多数のピエゾ素子を重ねて棒状としたものである。各ピエゾ素子の厚み方向の変位を利用して、矢印５で示すように、長手方向に伸縮する変位が得られる。積層型以外のピエゾ素子を使用しも良い。しかしながら、積層型のピエゾ素子は、単板型のピエゾ素子と比較して、より小型な形状とできる利点がある。

ピエゾ素子以外に超磁歪素子等の他の素子を使用できる。磁歪とは、磁性材料が外部からの磁界の影響で弾性変形することである。磁歪の大きさが一般的な磁歪材料の場合、数十ppm 程度である。一方、超磁歪材料は、磁歪が約２，０００ppm と、一般的な磁歪材料と比較して非常に大きい特徴を有している。棒状の超磁歪材料の周囲にコイルを配し、コイルに電流を流すことによって磁界が発生し、磁界によって超磁歪材料が長手方向に変位する。かかる超磁歪材料を振動素子として使用しても良い。

振動素子２に対しては、オーディオ信号源（図示しない）からのオーディオ信号が増幅器によって増幅されて供給され、オーディオ信号のレベルに応じて振動素子２が矢印５で示す方向に、伸縮する。振動素子２には、例えば３０Hz〜２００００Hzの周波数帯域の駆動電圧が印加され、数十μｍの変位が発生する。振動素子２の伸縮方向が振動板１ａおよび１ｂと直交するようになされる。

振動板１ａおよび１ｂの対向間隔よりも振動素子２の両端面の距離が小とされ、振動素子２の両端面と振動板１ａおよび１ｂとの間にそれぞれ振動伝達体３ａおよび３ｂが介在される。振動伝達体３ａおよび３ｂは、球状体であり、振動素子２の端面と点接触し、振動板１ａおよび１ｂと点接触するようになされる。振動伝達体３ａおよび３ｂは、円筒型の保持体６ａおよび６ｂにそれぞれ収納されている。

振動伝達体３ａおよび３ｂは、例えば鋼球である。鋼以外の材料によって振動伝達体３ａおよび３ｂを形成しても良い。但し、振動素子２の振動を振動板１ａおよび１ｂに対して伝達するのに必要な硬度を振動伝達体３ａおよび３ｂが持っていることが必要とされる。振動伝達体３ａおよび３ｂのそれぞれが振動素子２の端面および振動板１ａおよび１ｂの面と点接触するので、振動素子２の振動が減衰することなく振動板１ａおよび１ｂに伝達される。

予圧部４ａおよび４ｂは、振動板１ａおよび１ｂの対向間隔を狭くする方向、すなわち、振動素子２が縮む方向に圧力を加える機構である。コイルバネ、ゴム、マグネット等によって予圧をかけることができる。振動素子２がピエゾ素子の場合、電圧が印加されると、振動素子２が伸び、電圧が印加されなくなると、振動素子２が縮む。一般的にピエゾ素子は変位した時の発生力と比して元に戻る力が弱いので、予圧部４ａおよび４ｂによって、伸縮する変位に対して圧力を加えている。すなわち、振動素子２が縮むのを助ける方向の圧力を予圧部４ａおよび４ｂによって発生することができる。予圧部４ａおよび４ｂを設けているので、安定した振動を生じさせることができる。

上述したスピーカ装置において、振動素子２にオーディオ信号を印加することによって、振動素子２が伸縮し、振動板１ａおよび１ｂに振動が伝達され、振動板１ａおよび１ｂによって空気振動が発生し、音が発生する。各構成要素の具体例を以下に示す。

振動板１ａ：セラミックスからなる。ヤング率（ＧＰａ）≒２００、重量≒５ｋｇ
振動板１ｂ：鉄からなる。ヤング率≒２００、重量≒２ｋｇ
振動素子２：積層型ピエゾ素子、ＮＥＣトーキン社製 AE0505D16F
予圧部４ａ，４ｂによる予圧：２ｋｇ

＜第２の実施の形態＞
本開示の第２の実施の形態に係るスピーカ装置の概略について、図２および図３を参照して説明する。第１の実施の形態においては、２枚の振動板を対向させて使用したが、第２の実施の形態では、１枚の振動板を使用する。すなわち、図２に示すように、振動発生装置２１が振動板２２の裏面に対して取り付けられている。

振動板２２は、例えば建築資材として使用されるタイルである。第１の実施の形態と同様に、振動板２２の大きさ、重量、材質等の制限は無い。振動板２２として例えば住宅のタイルを使用することによって、住宅の床，壁、天井、間仕切り等に埋め込まれたスピーカ装置を構成することができる。振動発生装置２１が取り付けられる振動板２２の領域に対して必要に応じてスペーサ２３が積層されている。スペーサ２３は、例えば金属板である。

図３Ａおよび図３Ｂは、振動発生装置２１の断面図である。図２における線Ａに沿って振動発生装置２１を切断し、矢印２４ａの方向を見た断面図が図３Ａであり、図２における線Ｂに沿って振動発生装置２１を切断し、矢印２４ｂの方向を見た断面図が図３Ｂである。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、板状のウエイト２５が設けられ、ウエイト２５の中央部にウエイト２５を貫通する切欠き２６が形成されている。ウエイト２４は、矩形の金属製のもので、ウエイト２４の一辺の側面と振動板２２との間に支持部２７が設けられ、ウエイト２４が支持部２７によって振動板２２に対して支持され、振動板２２およびウエイト２４が所定の間隔を持つようになされる。

ウエイト２５の切欠き２６内に板状のピエゾ素子ホルダ２８が配置される。ピエゾ素子ホルダ２８は、板状の金属ブロックであり、中央部が突出した形状を有する。中央部に比して高さの低い両端部にウエイト２４と連結するためのねじ穴が形成されている。ウエイト２４に対して、ピエゾ素子ホルダ２８がねじ２９ａおよび２９ｂによって固定される。

ピエゾ素子ホルダ２８の厚みがピエゾ素子３０の厚みよりやや大とされている。ピエゾ素子３０がピエゾ素子ホルダ２８の中央部に取り付けられる。ピエゾ素子３０の両側面がクッション材３１ａおよび３１ｂ（図３Ｂ参照）によって保持される。第１の実施の形態と同様に、積層型のピエゾ素子以外に超磁歪素子等の他の素子を使用できる。

ピエゾ素子３０の一端面とスペーサ２３の間に振動伝達体としての鋼球３２が介在される。ピエゾ素子３０の他端面がボルト３３によってピエゾ素子ホルダ２８に対して固定されている。したがって、ピエゾ素子３０に対して電気的駆動信号が供給され、ピエゾ素子３０が伸縮すると、ピエゾ素子３０の伸縮が鋼球３２およびスペーサ２３を介して振動板２２に伝達され、振動板２２の運動によって音響が再生される。

ピエゾ素子３０が伸縮すると、図３Ｂにおいて、矢印４０で示すように、ピエゾ素子３０とピエゾ素子ホルダ２８とウエイト２５が一体に伸縮運動を行う。鋼球３２は、振動板３１とピエゾ素子３５のそれぞれと点接触しており、ピエゾ素子３５の振動を振動板３１に伝達する。位置ずれ防止のために鋼球３２は図示しない支持体によって保持されている。点接触をしているため面接触と比して圧力が高く、ピエゾ素子３０の振動を効率良く振動板２２に伝えることができる。

ピエゾ素子ホルダ２８の中央部の近傍に、一対の貫通穴が形成されている。貫通穴に対してボルト３４ａおよび３４ｂが挿入され、ナット３５ａおよび３５ｂがボルト３４ａおよび３４ｂに組み合わされる。ボルト３４ａおよび３４ｂは、振動板２２およびスペーサ２３に固着されている。ピエゾ素子ホルダ２８とナット３５ａおよび３５ｂとのそれぞれの間に、コイルバネ３６ａおよび３６ｂが巻き付けられている。したがって、ナット３５ａおよび３５ｂが回転されることによって、コイルバネ３６ａおよび３６ｂの縮む程度（ピエゾ素子３０の伸縮に対して作用するバネ力）を調整することができる。

本開示の第２の実施の形態では、予圧機構としてコイルバネ３６ａおよび３６ｂを使用しているが、バネ以外の弾性体またはマグネット等を予圧機構として使用することができる。

＜３．変形例＞
以上、本開示の実施の形態について具体的に説明したが、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施の形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いても良い。

例えば本開示による振動発生装置を屋外の道路等の点字ブロックに対して付加し、点字ブロックが振動し、音響が再生されるようにしても良い。目の不自由な人が点字ブロックの凹凸に加えて、振動および音響によって案内を受けることができる。この場合、目の不自由な人が接近したことを検知し、検知した場合にだけ、振動発生装置が振動を発生するようにしても良い。さらに、タイルに限らず、橋脚の手すりの部材を振動板として使用しても良い。

なお、本開示は、以下のような構成も取ることができる。
（１）
駆動信号に応じて伸縮する振動素子と、
前記振動素子の少なくとも一方の側と振動板との間に介在され、前記振動素子の少なくとも一方の側と前記振動板とそれぞれ点接触する振動伝達体と、
前記振動素子の伸び方向および縮み方向の一方の方向に圧力をかける予圧部と
を有する振動発生装置。
（２）
前記振動素子は、棒状の長手方向に伸縮するものである
（１）に記載の振動発生装置。
（３）
前記振動素子が積層型ピエゾ素子である（１）および（２）の何れかに記載の振動発生装置。
（４）
前記振動素子が磁歪素子である（２）に記載の振動発生装置。
（５）
前記振動伝達体が支持体に収納されている
（１）乃至（４）の何れかに記載の振動発生装置。
（６）
前記与圧部が弾性体または磁石によって構成される
（１）乃至（５）の何れかに記載の振動発生装置。
（７）
前記振動板がタイルである（１）乃至（６）の何れかに記載の振動発生装置。
（８）
振動板の少なくとも一面に対して振動発生装置が設けられ、
前記振動発生装置は、
駆動信号に応じて伸縮する振動素子と、
前記振動素子の少なくとも一方の側と前記振動板の一面との間に介在され、前記振動素子の少なくとも一方の側と前記振動板の一面とそれぞれ点接触する振動伝達体と、
前記振動素子の伸び方向および縮み方向の一方の方向に圧力をかける予圧部と
を有するスピーカ。

１ａ，１ｂ・・・振動板
２・・・振動素子
３ａ，３ｂ・・・振動伝達体
４ａ，４ｂ・・・予圧部
２１・・・振動発生装置
２５・・・ウエイト
２８・・・ピエゾ素子ホルダ
３２・・・鋼球
３６ａ，３６ｂ・・・コイルバネ

Claims (8)

1. 駆動信号に応じて伸縮する振動素子と、
   前記振動素子の少なくとも一方の側と振動板との間に介在され、前記振動素子の少なくとも一方の側と前記振動板とそれぞれ点接触する振動伝達体と、
   前記振動素子の伸び方向および縮み方向の一方の方向に圧力をかける予圧部と
   を有する振動発生装置。
2. 前記振動素子は、棒状の長手方向に伸縮するものである
   請求項１に記載の振動発生装置。
3. 前記振動素子が積層型ピエゾ素子である請求項２に記載の振動発生装置。
4. 前記振動素子が磁歪素子である請求項２に記載の振動発生装置。
5. 前記振動伝達体が支持体に収納されている
   請求項１に記載の振動発生装置。
6. 前記与圧部が弾性体または磁石によって構成される
   請求項１に記載の振動発生装置。
7. 前記振動板がタイルである請求項１に記載の振動発生装置。
8. 振動板の少なくとも一面に対して振動発生装置が設けられ、
   前記振動発生装置は、
   駆動信号に応じて伸縮する振動素子と、
   前記振動素子の少なくとも一方の側と前記振動板の一面との間に介在され、前記振動素子の少なくとも一方の側と前記振動板の一面とそれぞれ点接触する振動伝達体と、
   前記振動素子の伸び方向および縮み方向の一方の方向に圧力をかける予圧部と
   を有するスピーカ。

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